Question

11．如图为某套实验装置示意图，其中加热装置和部分药品等均已经省略（装置①和装置②为气体发生装置）．
（1）甲同学利用如图1所示装置（在A、B间增加一盛有浓硫酸的洗气瓶）制备NO₂并验证其性质．装置①用于实验室制备NH₃，用装置②制备过量O₂．装置①中发生反应的化学方程式是2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；B处冰水冷却的U型管中有红棕色气体生成且越接近U型管底部颜色越浅，请写出有关反应的化学方程式2NO+O₂=2NO₂，2NO₂（红棕）?N₂O₄（无色），；
（2）SO₃常温下是液体，16.8℃以下是无色或白色晶体．乙同学利用此套装置合成SO₃，其反应为2SO₂+O₂?加热催化剂2SO₃，B处冰水冷却的U型管中的固体出现．C中若盛放K₂Cr₂O₇溶液，则在C中发生的氧化还原反应的离子方程式是Cr₂O₇^2-+3SO₂+2H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+H₂O；（生成物中Cr以Cr³⁺形式存在）；现欲制得纯净干燥的SO₃，若C中盛放NaOH溶液，则此装置中存在明显不足，应如何改进将e、m依次连接在B、C之间或将C装置换成f（从下面图2给出的实验装置中选择字母标号补充或替换，并用简要文字说明）

（3）丙同学采用图3所示装置拟验证NO能被氨气还原并测算其转化率（装置①、装置②分别制NO和NH₃），将上述装置A、B、C分别换成下列⑤、⑥、⑦．
请回答：装置⑦的作用可能是吸收未反应的NO；若进入装置⑤的NO共22.4L（已折算为标准状况，下同），氨气过量，最后收集到标准状况下11.2L N₂，则NO的转化率（转化率=已转化的量/原来的总量）是60%（能正确表达出计算过程即可）．

Answer 1

分析 （1）装置①用于实验室制备NH₃，铵盐与碱加热制备；一氧化氮易被氧气氧化成红棕色的二氧化氮，所以B处冰水冷却的U型管中有红棕色气体生成，二氧化氮中存在一个平衡，会转化为无色的四氧化二氮，温度降低，平衡向正反应方向移动，所以U型管底部颜色越浅；
（2）K₂Cr₂O₇中的铬为+6价具有强氧化性，二氧化硫中的硫为+4价的硫具有还原性，发生氧化还原反应，据此书写化学方程式；欲制得纯净干燥的SO₃，若C中盛放NaOH溶液需将C装置换成f，或将e、m依次连接在B、C之间；
（3）硫酸亚铁吸收NO，Fe²⁺+NO=Fe（NO）²⁺生成配合物；根据反应6NO+4NH₃═5N₂+6H₂O计算NO的转化率．

解答 解：（1）装置①用于实验室制备NH₃，化学反应为2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；B处冰水冷却的U型管中有红棕色气体生成且越接近U型管底部颜色越浅，是因为A中产生了NO，2NO+O₂=2NO₂，2NO₂（红棕）?N₂O₄（无色），正反应是放热反应，U型管底部的温度降低，上述平衡向右移动，NO₂浓度降低，颜色变浅，
故答案为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，2NO+O₂=2NO₂，2NO₂（红棕）?N₂O₄（无色）；
（2）K₂Cr₂O₇中的铬为+6价具有强氧化性，二氧化硫中的硫为+4价的硫具有还原性，发生氧化还原反应，+6铬变为产物中的+3价铬，二氧化硫中+4价的硫变为产物中+6价的硫，反应的离子方程式为Cr₂O₇^2-+3SO₂+2H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+H₂O，欲制得纯净干燥的SO₃，需用浓硫酸干燥需选e，不能选f，然后用m收集，将e、m依次连接在B、C之间或将C装置换成f，
故答案为：Cr₂O₇^2-+3SO₂+2H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+H₂O；将e、m依次连接在B、C之间或将C装置换成f；
（3）装置①、装置②分别制NO和NH₃，在⑤中二者发生氧化还原反应生成氮气，可能混有NO或氨气，⑥可吸收水或氨气，因一氧化氮与二价铁形成配位键，溶液中淡绿色的二价铁变成棕色的一氧化氮配合物，反应为FeSO₄+NO=Fe（NO）SO₄，装置⑦的作用吸收未反应的NO；
在一定条件下反应中气体的体积之比等于物质的量之比，
        6NO+4NH₃═5N₂+6H₂O
         6         5
         V       11.2L
$\frac{6}{5}$=$\frac{V}{11.2}$，解得V=13.44L，则NO的转化率为 $\frac{13.44L}{22.4L}$×100%=60%，
故答案为：吸收未反应的NO； 60%．

点评 本题考查性质实验方案的设计，为高频考点，把握反应原理、实验装置的作用为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，题目难度中等，注意常见气体的制备及性质．